Изотопы ксенона

Изотопы ксенона — разновидности химического элемента ксенона, имеющие разное количество нейтронов в ядре. Известны изотопы ксенона с массовыми числами от 108 до 147 (количество протонов 54, нейтронов от 54 до 93), и более 10 ядерных изомеров.

9 изотопов встречаются в природе. Из них стабильными являются семь:

¹²⁶Xe (изотопная распространенность 0,089 %),
¹²⁸Xe (изотопная распространенность 1,910 %),
¹²⁹Xe (изотопная распространенность 26,401 %) (Xe-129^[en]),
¹³⁰Xe (изотопная распространенность 4,071 %),
¹³¹Xe (изотопная распространенность 21,232 %),
¹³²Xe (изотопная распространенность 26,909 %),
¹³⁴Xe (изотопная распространенность 10,436 %).

Ещё два изотопа имеют огромные периоды полураспада, много больше возраста Вселенной:

¹²⁴Xe (изотопная распространенность 0,095 %, период полураспада 1,8⋅10²² лет),
¹³⁶Xe (изотопная распространенность 8,857 %, период полураспада 2,165⋅10²¹ лет).

Остальные изотопы искусственные, из них самые долгоживущие ¹²⁷Xe (период полураспада 36,345 суток) и ¹³³Xe (5,2475 суток), период полураспада остальных изотопов не превышает 20 часов. Среди ядерных изомеров наиболее стабильны ^131mXe с периодом полураспада 11,84 суток, ^129mXe (8,88 суток) и ^133mXe (2,19 суток)^[1].

Ксенон-133Править

¹³³Xe — искусственный изотоп, применяется в медицине для диагностических целей^[2] — для изучения легочной вентиляции (путем вдыхания газообразного ксенона-133), а также при изучении особенностей кровотока и миелографии (путем введения в растворах). Не усваивается организмом и быстро выводится из крови через легкие.

Испытывает бета-минус-распад с периодом полураспада 5,3 суток и максимальной энергией электрона 346 кэВ, дочерний изотоп — стабильный ¹³³Cs. Распад ¹³³Xe происходит в 99 % случаев на возбуждённый уровень цезия-133 с энергией 81,0 кэВ, который сразу распадается в основной уровень с испусканием гамма-кванта энергией 81 кэВ или конверсионных электронов. При редких распадах на более высокие возбуждённые уровни цезия-133 сброс возбуждения происходит гамма-квантами с энергиями до 0,38 МэВ. Ксенон-133 получают облучением нейтронами природного ксенона по реакции ¹³²Xe(n, γ)¹³³Xe. Также входит в цепочки распада продуктов деления урана и плутония, потому может быть выделен из отработанного топлива ядерных реакторов или облучённого урана.

Ксенон-135Править

Основная статья Ксенон-135 (англ.) (рус.

¹³⁵Xe — изотоп с очень большим сечением захвата нейтронов теплового спектра (т. н. «нейтронный яд»). В значимых количествах образуется при делении урана и плутония в ядерных реакторах, создавая сложные переходные процессы в работе реакторов с тепловым спектром нейтронов, которые затрудняют выведение реактора на номинальную мощность после снижения мощности или остановки (это явление называется «иодная яма» или «ксеноновая яма»).

Период полураспада ксенона-135 составляет 9,14 часа, единственный канал распада — бета-минус-распад в ¹³⁵Cs (долгоживущий с периодом полураспада 2,3 млн лет). Сечение захвата тепловых нейтронов — 2,6 млн барн^[3]. В цепочках распада урана является дочерним изотопом теллура-135 и иода-135. Его Fission product yield — версия статьи «Fission product yield» на английском языке выход на одно деление (англ.) (рус. урана-235 составляет 6,3 %.

Таблица изотопов ксенонаПравить

Символ нуклида	$\text{[math]}$ Z (p)	$\text{[math]}$ N (n)	Масса изотопа^[4] (а. е. м.)	Период полураспада^[5] ( $\text{[math]}$ T_1/2)	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра^[5]	Распространённость изотопа в природе
Энергия возбуждения
¹⁰⁸Xe	54	54		58(+106−23) мкс	α	¹⁰⁴Te	0+
¹⁰⁹Xe	54	55		13(2) мс	α	¹⁰⁵Te
¹¹⁰Xe	54	56	109,94428(14)	310(190) мс [105(+35−25) мс]	β⁺	¹¹⁰I	0+
α	¹⁰⁶Te
¹¹¹Xe	54	57	110,94160(33)#	740(200) мс	β⁺ (90 %)	¹¹¹I	5/2+#
α (10 %)	¹⁰⁷Te
¹¹²Xe	54	58	111,93562(11)	2,7(8) с	β⁺ (99,1 %)	¹¹²I	0+
α (0,9 %)	¹⁰⁸Te
¹¹³Xe	54	59	112,93334(9)	2,74(8) с	β⁺ (92,98 %)	¹¹³I	(5/2+)#
β⁺, p (7 %)	¹¹²Te
α (0,011 %)	¹⁰⁹Te
β⁺, α (0,007 %)	¹⁰⁹Sb
¹¹⁴Xe	54	60	113,927980(12)	10,0(4) с	β⁺	¹¹⁴I	0+
¹¹⁵Xe	54	61	114,926294(13)	18(4) с	β⁺ (99,65 %)	¹¹⁵I	(5/2+)
β⁺, p (0,34 %)	¹¹⁴Te
β⁺, α (3⋅10⁻⁴%)	¹¹¹Sb
¹¹⁶Xe	54	62	115,921581(14)	59(2) с	β⁺	¹¹⁶I	0+
¹¹⁷Xe	54	63	116,920359(11)	61(2) с	β⁺ (99,99 %)	¹¹⁷I	5/2(+)
β⁺, p (0,0029 %)	¹¹⁶Te
¹¹⁸Xe	54	64	117,916179(11)	3,8(9) мин	β⁺	¹¹⁸I	0+
¹¹⁹Xe	54	65	118,915411(11)	5,8(3) мин	β⁺	¹¹⁹I	5/2(+)
¹²⁰Xe	54	66	119,911784(13)	40(1) мин	β⁺	¹²⁰I	0+
¹²¹Xe	54	67	120,911462(12)	40,1(20) мин	β⁺	¹²¹I	(5/2+)
¹²²Xe	54	68	121,908368(12)	20,1(1) ч	β⁺	¹²²I	0+
¹²³Xe	54	69	122,908482(10)	2,08(2) ч	ЭЗ	¹²³I	1/2+
^123mXe	185,18(22) кэВ	5,49(26) мкс			7/2(−)
¹²⁴Xe	54	70	123,905893(2)	1,8⋅10²² лет^[6]	Двойной ЭЗ	¹²⁴Te	0+	9,52(3)⋅10⁻⁴
¹²⁵Xe	54	71	124,9063955(20)	16,9(2) ч	β⁺	¹²⁵I	1/2(+)
^125m1Xe	252,60(14) кэВ	56,9(9) с	ИП	¹²⁵Xe	9/2(−)
^125m2Xe	295,86(15) кэВ	0,14(3) мкс			7/2(+)
¹²⁶Xe	54	72	125,904274(7)	стабилен^[7]^{[прим. 1]}	0+	8,90(2)⋅10⁻⁴
¹²⁷Xe	54	73	126,905184(4)	36,345(3) сут	ЭЗ	¹²⁷I	1/2+
^127mXe	297,10(8) кэВ	69,2(9) с	ИП	¹²⁷Xe	9/2−
¹²⁸Xe	54	74	127,9035313(15)	стабилен	0+	0,019102(8)
¹²⁹Xe	54	75	128,9047794(8)	стабилен	1/2+	0,264006(82)
^129mXe	236,14(3) кэВ	8,88(2) сут	ИП	¹²⁹Xe	11/2−
¹³⁰Xe	54	76	129,9035080(8)	стабилен	0+	0,040710(13)
¹³¹Xe	54	77	130,9050824(10)	стабилен	3/2+	0,212324(30)
^131mXe	163,930(8) кэВ	11,934(21) сут	ИП	¹³¹Xe	11/2−
¹³²Xe	54	78	131,9041535(10)	стабилен	0+	0,269086(33)
^132mXe	2752,27(17) кэВ	8,39(11) мс	ИП	¹³²Xe	(10+)
¹³³Xe	54	79	132,9059107(26)	5,2475(5) сут	β⁻	¹³³Cs	3/2+
^133mXe	233,221(18) кэВ	2,19(1) сут	ИП	¹³³Xe	11/2−
¹³⁴Xe	54	80	133,9053945(9)	стабилен (>1,1⋅10¹⁶ лет)^[7]^{[прим. 2]}	0+	0,104357(21)
^134m1Xe	1965,5(5) кэВ	290(17) мс	ИП	¹³⁴Xe^[7]	7−
^134m2Xe	3025,2(15) кэВ	5(1) мкс			(10+)
¹³⁵Xe	54	81	134,907227(5)	9,14(2) ч	β⁻	¹³⁵Cs	3/2+
^135mXe	526,551(13) кэВ	15,29(5) мин	ИП (99,99 %)	¹³⁵Xe	11/2−
β⁻ (0,004 %)	¹³⁵Cs
¹³⁶Xe	54	82	135,907219(8)	2,165⋅10²¹ лет^[8]	β⁻β⁻	¹³⁶Ba	0+	0,088573(44)
^136mXe	1891,703(14) кэВ	2,95(9) мкс			6+
¹³⁷Xe	54	83	136,911562(8)	3,818(13) мин	β⁻	¹³⁷Cs	7/2−
¹³⁸Xe	54	84	137,91395(5)	14,08(8) мин	β⁻	¹³⁸Cs	0+
¹³⁹Xe	54	85	138,918793(22)	39,68(14) с	β⁻	¹³⁹Cs	3/2−
¹⁴⁰Xe	54	86	139,92164(7)	13,60(10) с	β⁻	¹⁴⁰Cs	0+
¹⁴¹Xe	54	87	140,92665(10)	1,73(1) с	β⁻ (99,45 %)	¹⁴¹Cs	5/2(−#)
β⁻, n (0,043 %)	¹⁴⁰Cs
¹⁴²Xe	54	88	141,92971(11)	1,22(2) с	β⁻ (99,59 %)	¹⁴²Cs	0+
β⁻, n (0,41 %)	¹⁴¹Cs
¹⁴³Xe	54	89	142,93511(21)#	0,511(6) с	β⁻	¹⁴³Cs	5/2−
¹⁴⁴Xe	54	90	143,93851(32)#	0,388(7) с	β⁻	¹⁴⁴Cs	0+
β⁻, n	¹⁴³Cs
¹⁴⁵Xe	54	91	144,94407(32)#	188(4) мс	β⁻	¹⁴⁵Cs	(3/2−)#
¹⁴⁶Xe	54	92	145,94775(43)#	146(6) мс	β⁻	¹⁴⁶Cs	0+
¹⁴⁷Xe	54	93	146,95356(43)#	130(80) мс [0,10(+10−5) с]	β⁻	¹⁴⁷Cs	3/2−#
β⁻, n	¹⁴⁶Cs

↑ Теоретически может претерпевать двойной электронный захват в ¹²⁶Te.
↑ Теоретически может претерпевать двойной бета-распад в ¹³⁴Ba.

Пояснения к таблицеПравить

Распространённость изотопов приведена для ксенона в атмосфере Земли. Для других источников значения могут сильно отличаться.

Индексами 'm', 'n', 'p' (рядом с символом) обозначены возбуждённые изомерные состояния нуклида.

Символами, выделенными жирным шрифтом, обозначены стабильные продукты распада.

Значения, помеченные решёткой (#), получены не из одних лишь экспериментальных данных, а (хотя бы частично) оценены из систематических трендов у соседних нуклидов (с такими же соотношениями $\text{[math]}$ Z и $\text{[math]}$ N). Неуверенно определённые значения спина и/или чётности заключены в скобки.

Погрешность приводится в виде числа в скобках, выраженного в единицах последней значащей цифры, означает одно стандартное отклонение (за исключением распространённости и стандартной атомной массы изотопа по данным ИЮПАК, для которых используется более сложное определение погрешности). Примеры: 29770,6(5) означает 29770,6 ± 0,5; 21,48(15) означает 21,48 ± 0,15; −2200,2(18) означает −2200,2 ± 1,8.

ПримечанияПравить

↑ Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.
↑ КСЕНОН радиоактивный (неопр.). Дата обращения: 27 апреля 2019. Архивировано 25 августа 2017 года.
↑ Медицинский комплекс по производству радиоизотопов на базе растворного реактора (неопр.). Дата обращения: 27 апреля 2019. Архивировано 4 марта 2016 года.
↑ Данные приведены по Wang M., Audi G., Kondev F. G., Huang W. J., Naimi S., Xu X. The Ame2016 atomic mass evaluation (I). Evaluation of input data; and adjustment procedures (англ.) // Chinese Physics C. — 2016. — Vol. 41, iss. 3. — P. 030002-1—030002-344. — doi:10.1088/1674-1137/41/3/030002.
↑ ¹ ² Данные приведены по Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.
↑ Aprile E. et al. (XENON Collaboration). Observation of two-neutrino double electron capture in ¹²⁴Xe with XENON1T (англ.) // Nature. — 2019. — Vol. 568, iss. 7753. — P. 532–535. — doi:10.1038/s41586-019-1124-4. Архивировано 21 января 2022 года.
↑ ¹ ² ³ Kondev F. G., Wang M., Huang W. J., Naimi S., Audi G. The Nubase2020 evaluation of nuclear properties (англ.) // Chinese Physics C. — 2021. — Vol. 45, iss. 3. — P. 030001-1—030001-180. — doi:10.1088/1674-1137/abddae.
↑ Albert J. B. et al. (EXO Collaboration). Improved measurement of the 2νββ half-life of ¹³⁶Xe with the EXO-200 detector (англ.) // Physical Review C. — 2014. — Vol. 89. — P. 015502. — doi:10.1103/PhysRevC.89.015502. — Bibcode: 2014PhRvC..89a5502A. — arXiv:1306.6106. Архивировано 30 января 2022 года.

[8] Теоретически может претерпевать двойной электронный захват в ¹²⁶Te.

[9] Теоретически может претерпевать двойной бета-распад в ¹³⁴Ba.

[1] Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.

[2] КСЕНОН радиоактивный (неопр.). Дата обращения: 27 апреля 2019. Архивировано 25 августа 2017 года.

[3] Медицинский комплекс по производству радиоизотопов на базе растворного реактора (неопр.). Дата обращения: 27 апреля 2019. Архивировано 4 марта 2016 года.

[AME2016-4] Данные приведены по Wang M., Audi G., Kondev F. G., Huang W. J., Naimi S., Xu X. The Ame2016 atomic mass evaluation (I). Evaluation of input data; and adjustment procedures (англ.) // Chinese Physics C. — 2016. — Vol. 41, iss. 3. — P. 030002-1—030002-344. — doi:10.1088/1674-1137/41/3/030002.

[Nubase2003-5] ¹ ² Данные приведены по Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.

[XENON1T-6] Aprile E. et al. (XENON Collaboration). Observation of two-neutrino double electron capture in ¹²⁴Xe with XENON1T (англ.) // Nature. — 2019. — Vol. 568, iss. 7753. — P. 532–535. — doi:10.1038/s41586-019-1124-4. Архивировано 21 января 2022 года.

[Nubase2020-7] ¹ ² ³ Kondev F. G., Wang M., Huang W. J., Naimi S., Audi G. The Nubase2020 evaluation of nuclear properties (англ.) // Chinese Physics C. — 2021. — Vol. 45, iss. 3. — P. 030001-1—030001-180. — doi:10.1088/1674-1137/abddae.

[Albert2013-10] Albert J. B. et al. (EXO Collaboration). Improved measurement of the 2νββ half-life of ¹³⁶Xe with the EXO-200 detector (англ.) // Physical Review C. — 2014. — Vol. 89. — P. 015502. — doi:10.1103/PhysRevC.89.015502. — Bibcode: 2014PhRvC..89a5502A. — arXiv:1306.6106. Архивировано 30 января 2022 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[прим. 1]

[прим. 2]

[8]